淺談公路隧道設計和施工安全評估

圣小艷

（山西交通職業技術學院 公路系，山西 晉中 030619）

公路隧道安全與地質和水文等自然條件、工程設計、施工組織方案、建設管理經驗、交通等使用環境有關，安全風險在設計、建設、運營各階段均不同程度存在。公路隧道安全評估在我國剛開始，2010年交通運輸部下發通知要求對公路隧道設計進行安全評估，當時的公路隧道相關規范中沒有明確的規定。同時，因公路建設的投資模式和管理模式多樣化，工程各階段的管理者存在變換，管理者按要求負責本階段的安全評估，安全評估是作為指導，因此隧道安全評估存在不能貫穿于工程各階段的情況，使得安全評估不能為隧道建設安全很好地發揮其作用。筆者結合安全評估案例，對公路隧道安全評估進行了分析。

1 公路隧道設計安全評估現狀

《公路工程技術標準》（JTG B01—2014），要求二級及二級以上的干線公路應在設計時進行交通安全評估，其他公路在有條件時可進行交通安全評估[1]，對工程設計和施工等沒要求進行安全評估。高速公路，一、二級公路和有特殊要求的公路建設項目應作環境影響評估和水土保持方案評估。

《公路隧道設計規范》（JTG D70—2004）和《公路隧道設計細則》（JTG/T D70—2004），2019年5月實施的《公路隧道設計規范》（JTG 3370.1—2018），均對隧道設計安全評估沒有要求[2-3]。2010年4月8日，交通運輸部下發了《關于在初步設計階段實行公路橋梁和隧道工程安全風險評估制度的通知》，建設條件復雜、技術難度大的橋梁和隧道工程，在初步設計階段，對工程方案進行風險評估，特別是部審批初步設計的國家重點公路工程項目。該通知對隧道安全風險評估的適用范圍、評估范圍、評估內容、評估方法和步驟、實施要求共5方面做了要求和規定。

《公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估》，適用于隧道工程初步設計階段和施工圖設計階段的安全風險評估。《公路項目安全性評價規范》（JTG B01—2014），對工程可行性研究階段、初步設計階段、施工圖設計階段、交工階段、后評估進行了指導和規定[4]，適用于公路工程的總體評估，包含隧道工程。

2 公路隧道施工安全評估現狀

《公路隧道施工技術規范》（JTG F60—2009）和《公路隧道施工技術細則》（JTG/T F60—2009），對隧道施工安全評估沒有要求[5-6]。2020年8月1日開始實施的《公路隧道施工技術規范》（JTG/T 3660—2020）為推薦性標準，其中簡單提及施工應進行相關安全風險評估，但是因該規范為推薦性標準使得其執行性降低。2011年5月，交通運輸部下發《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南（試行）》，對適用范圍、評估范圍、評估方法、評估步驟、評估組織和評估報告、實施要求共6方面做了要求和規定。《公路項目安全性評價規范》（JTG B01—2014）對施工安全風險評估沒有要求。《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估制度及指南解析》，對施工安全風險評估指南（試行）進行了分析和解釋[7]，并結合工程案例進行了分析。隧道施工安全評估原則上由項目施工單位具體負責；當存在多個合同段時，總體風險評估應由建設單位牽頭組織；專項風險評估仍由施工單位具體負責。隧道施工總體風險評估，施工前，根據地質環境條件、建設規模、結構特點等孕育環境和致險因子，估測施工期間的整體安全風險大小，確定其靜態條件下的安全風險等級。隧道施工專項風險評估，當工程總體風險評估等級達到Ⅲ級（高度風險）及其以上時，將其中高風險的施工作業活動（或施工區段）作為評估對象，根據其作業風險特點以及類似工程事故情況進行風險源普查，并針對其中的重大風險源進行量化估測，提出相應的風險控制措施。

現結合案例分析說明安全評估的部分現狀。

2.1 案例一

某城市快速通道工程新建隧道下穿正在運營的高速公路，平面交叉角度40°，對既有高速公路安全進行評估。高速公路為整幅路基，路寬15 m。具體交叉情況：

a）新建雙洞分離式公路隧道下穿高速公路，隧道凈寬10.5 m、凈高5 m，右洞開挖拱頂距路面13.355 m。b）左洞開挖拱頂距路面14.362 m。c）隧道右洞下穿高速公路的變電站和收費站管理辦公樓，右洞開挖拱頂距變電站基底26.127 m，右洞開挖拱頂距收費管理站辦公樓基底16.85 m。d）隧道左洞下穿高速公路位置還緊鄰高速公路的隧道洞口。快速通道工程隧道與高速公路交叉位置及關系見表1、圖1和圖2。

表1 新建隧道下穿高速公路情況一覽表

圖1 隧道與高速公路交叉情況縱斷面圖

圖2 隧道下穿高速公路影響范圍圖

施工圖設計階段，隧道下穿高速公路時對高速公路安全進行評估。評估根據新建隧道的圍巖、襯砌結構、輔助施工措施、施工方法、施工監控量測、超前地質預報、埋深對路基穩定及地表建筑物穩定進行了分析，從隧道方案、隧道開挖導致地表沉降影響范圍分析計算、施工采用的臨時措施、開挖方法、高速路基安全穩定、高速收費管理站房屋安全穩定、高速公路隧道變電站安全穩定、施工期高速公路運營方案等方面進行了分析。評估發現新建隧道下穿高速位置影響了收費管理站房屋、高速公路、既有隧道、變電站房屋，建議適當調整路線下穿位置可減少影響，但因土地和方案已經無法修改，所以無法修改隧道下穿位置。

隧道方案考慮了高速公路的安全，沒有考慮洞頂房屋和隧道的穩定，導致實施安全問題多，處治和施工難，僅能通過工程措施減少影響，若是能修改完善隧道路線方案，能將對既有工程的影響和工程難度降低。因此，新建隧道對既有道路和建筑物影響的安全評估，是一個復雜的綜合性問題，需要從隧道方案、設計、地質、施工、既有構造物安全穩定、運營安全等多方面進行分析，針對不同構造物的特點和使用安全要求進行全面分析。復雜設計方案，必須做初步設計安全評估，才能便于總體風險控制。

該隧道設計階段僅施工圖設計進行了安全評估，施工單位組織對隧道施工方案進行了安全評估，施工圖設計和施工方案的安全評估僅能對方案進行完善來減少安全風險。

2.2 案例二

某新建省道位于正在運營的高速公路隧道上方，新建省道有一座雙洞分離式隧道和4處路基與既有隧道交叉。新建隧道埋深74 m，位于既有隧道上方160 m處。4處交叉路基分別位于高速隧道洞頂114 m、105 m、58 m、46 m（圖3），高速隧道圍巖基本都是Ⅴ級圍巖。其中，在第三次與第四次交叉之間是沖溝，高速隧道埋深26 m，此段新建公路為填方路基。

圖3 路與隧道四次交叉位置

初步設計階段，新建公路與高速公路隧道交叉時對既有高速公路隧道的安全進行評估。評估對新建工程方案、埋深影響分析、新建路基及隧道施工方法、隧道地質情況、隧道結構、監控量測等進行了分析。結論認為：隧道交叉基本沒有影響，注意施工爆破控制即可；隧道上方開挖和填筑路基對既有隧道有一定的影響。隧道埋深較淺處，路基開挖影響隧道的深淺埋；淺埋段填筑路基增加了隧道洞頂荷載；公路排水匯流到隧道洞頂影響隧道圍巖和水；路基開挖和壓實可能擾動既有隧道結構。因此，需要注意對路基型式、路基排水、施工方法、監控量測方面采用措施或合適方法，避免和減小對既有隧道的影響。

該項目隧道并沒有進行全過程安全評估，僅在初步設計階段進行了隧道安全評估，因施工圖設計和施工階段沒有進行隧道安全評估，存在對安全風險處治不全面的可能。

2.3 案例三

某雙向四車道高速公路，設計荷載公路-Ⅰ級，隧道凈寬10.75 m×凈高5 m，施工階段兩座隧道做了施工風險評估。1號隧道為左右線分離式隧道，右洞長1 253 m，左洞長1 407 m，隧道存在淺埋段和偏壓段隧道。2號隧道為左右線分離式隧道，右洞長3 832 m，左洞長3 765 m，左右線均屬特長隧道。詳見表2。

表2 隧道圍巖情況及風險情況

隧道施工風險評估主要采用了LEC法、檢查表法、風險矩陣法。專項風險評估流程分為四步：第一步，成立評估小組，通過對施工分析進行風險源普查；第二步，風險源分析；第三步，風險估測，對一般風險和重大風險進行專項評估；第四步，風險控制，對風險源提出對策措施和建議。本次風險源分析評估，經過對隧道工程的施工情況和風險源的討論和分析，咨詢施工經驗豐富的隧道專家，采用科學合理的評估辦法，并查閱了大量的資料。通過風險評估，認識到隧道在施工過程中可能發生坍塌、涌水突泥、洞口失穩、物體打擊、人員高處墜落、觸電、機械傷害、車輛傷害、火災等風險，這些事件均可能對隧道施工的安全、工期、投資及第三方造成不利影響。隧道通過一系列對策措施，可將風險降至可接受范圍。

隧道施工安全風險受隧道地質情況影響最大，受施工方法和施工輔助措施影響很大，施工組織和條件對安全影響也比較大。施工安全評估方法很多，建議采用簡單、適合施工現場情況、全面的評估方法，使安全評估結論全面且實用，能夠指導施工安全。

該項目僅在施工階段，施工單位做了隧道施工安全評估，設計階段未做安全評估，存在對安全風險處治不全面的可能。

3 現狀和存在問題分析

通過對現行規范和規定中對安全評估規定的分析，結合上述項目的隧道安全評估情況和內容，分析總結了如下幾個問題和建議供探討：

a）隧道初步設計、施工圖設計和施工各階段安全評估的重點是不同的，但是隧道規劃、設計、施工、運營是一體相關的，目的是隧道使用安全舒適。其中，設計決定了工程的難度和施工方法等，施工可對設計中的不足進行完善，運營可通過交通安全設施和機電設施提高使用安全性和舒適性。因此，一是隧道工程各階段的安全評估做到全過程銜接；二是現缺少技術規范進行系統詳細規定；三是隧道施工安全風險高，管理單位應要求施工單位對施工方案進行安全評估。

b）目前隧道基本沒有對交通安全設施進行安全評估，因為其對隧道運營安全影響很大，建議施工圖階段進行評估。隧道是一個空間狹小的、封閉的管狀構造物，這些自身缺陷，可通過交通安全設施和機電設施來彌補。建議在項目施工交通安全設施和機電設施前，以施工圖、各階段的安全評估、管理部門關于項目的批復、咨詢審查意見等為依據，特別是現場影響運營安全的因素，對隧道安全性做一次系統全面的評估，并根據評估結論對存在問題進行處治，確保隧道運營安全。

c）公路隧道安全評估，根據評估對象可歸類為3種：（a）隧道自身建設安全風險評估，對路線、限界、結構、逃生及救援、交通安全設施等的評估；（b）新建隧道與既有工程（隧道、房屋、道路、橋梁、管道等）交叉時，對既有工程的安全評估；（c）隧道施工安全評估，對施工涉及的人、物、事件等的評估。

d）公路隧道安全評估實施時間短，已明確了需要評估的項目和事件，但對安全評估的要求不夠詳細，需進一步細化評估內容。隧道安全評估是一個復雜的工作，涉及問題復雜且多樣，如隧道下穿道路時，對涉路的安全評估；如既有隧道上方新建道路，對隧道的安全評估；如隧道下穿既有建筑物，對既有建筑物的安全評估；隧道安全評估涉及工程有房屋建筑、公路、鐵路、水庫、輸氣管道、輸水管道、輸油管道等，如表3為隧道下穿既有工程的案例，對不同主體的評估，需要進行多個專業技術方面的評估，需要工程經驗豐富的技術人員。

表3 隧道下穿建筑物評估內容

表4 隧道下穿建筑物現場情況

e）隧道安全評估結論受評估人員和單位的技術水平影響大，相關工程經驗很重要，需要進一步尋找方法解決。

f）調查法現采用的主要是專家調查法，該方法有局限。筆者認為有兩條原因：一、專家是有限的，專家一時考慮的問題可能會有不足之處；二、建議對現場施工人員和勘察設計人員進行調查，因工程參建人員對項目有深入和直接的了解，若結合眾人的建議，對風險事件分析可能更加全面。

4 小結

工程技術人員是以規范為指導進行設計和施工，建議公路隧道設計和施工規范，對安全評估進行相關要求和規定，應預留隧道各階段做安全評估的費用。

圖4 分類排除法分析風險

安全評估的關鍵是尋找隧道存在的安全隱患，避免事故的發生。事故風險損失和危害大小的確定方法比較多，關鍵是采用合適的方法。筆者根據風險的可控性，提出風險分類排除方法供參考：第一步，確定不可避免的風險、可避免的風險；第二步，不可避免的風險中，確定哪些風險是采用措施可基本避免，哪些風險是采用措施可部分避免；第三步，采用措施可部分避免風險中，確定哪些風險是采用措施可將損失降到最低，哪些風險是采用措施也毫無辦法；第四步，將風險分析到駕駛員，通過信號、文字、聲音、色彩變化等措施提醒人員，避免事故發生。

各階段的隧道安全評估，必須結合已做的安全評估，對運營安全和結構安全作出分析和提出建議，提出工程風險處治措施的相關建議。